Крепки, как ногти

Представьте себе лошадь, скачущую галопом. Ее ноздри раздуваются, грива развивается, как флаг на ветру. И цокот копыт — звук, с которым копыта ударяются о землю, — начинает отдаваться у вас в голове. Без этого цокота лошадь двигалась бы гораздо медленнее. Ведь именно на долю копыт достается работа бить о землю, чтобы земля противодействовала и толкала лошадь вперед.

На первый взгляд, для подобной задачи копыто кажется не самым лучшим приспособлением. Нога лошади заканчивается тем, что на самом деле является гигантским пальцем (лошади произошли от животных, у которых было пять пальцев, но эволюция сократила их число до одного), а копыто — это гигантский ноготь, который стал толстой оболочкой вокруг ноги. Копыто состоит из керотина, того же белка, что и человеческий ноготь, и, как наши ногти, копыто тоже может дать трещину. Так почему же лошади так лихо бьют ими землю, галопируя? Не страшатся треснутых копыт?

Ответ во многом связан с природой трещин как таковых. Ученые потратили много времени, исследуя происхождение трещин. Ведь из‑ за них происходит столько бед, начиная с разрыва земной коры при землетрясении и кончая разрушением реактивного двигателя в самолете на большой высоте. И вот что выяснилось: трещины возникают там, где молекулы не выдерживают силы давления. В этом случае разрываются связи, сцепляющие молекулы.

Как только трещина появилась, она стремится распространиться дальше. Даже маленький разрыв может привести к катастрофе в силу того, что та же сила, которая раньше давила на предмет целиком, теперь давит на края трещины, расширяя ее. Растущая трещина следует по линии наименьшего сопротивления. Если предмет состоит из волокон, которые ориентированы в одну сторону, то и трещина будет распространяться в этом направлении. Вот почему легче расколоть полено по волокну, чем разрубить его пополам.

Лошадиное копыто — одно из самых неподдающихся трещинам творение природы; его сопротивляемость в двадцать раз выше, чем у обычной кости.

Несколько последних лет зоологи из университета Британской Колумбии Джон Джослин и Марио Касапи изучали этот феномен. Они испытывали срез копыта под различным давлением, гнущим и рвущим, фиксируя, как на это реагирует ткань. Под мощным микроскопом они рассматривали ее строение. И обнаружили, что материал, из которого состоит копыто, организован необычайно сложным образом.

Дело в том, что и в лошадином копыте и в человеческом ногте клетки, производящие волокна кератина, переплетены друг с другом, как веревочки в канате. В каждой клетке эти канаты направлены в разные стороны. Но в копытах клетки связаны друг с другом клейкой субстанцией, а волокна кератина распространяются в одном и том же направлении. Однако ткань копыта прорезают по вертикали тонкие, полые трубочки, и клетки, образующие стенки этих трубочек, напоминают сплетенные провода. Бывает до восьми таких проводов вокруг трубочки, и каждый закручивается под иным углом, чем его сосед.

Этого леса трубочек и переплетенных волокон обычно бывает достаточно, чтобы остановить расползание трещины. Представьте, например, что лошадь ранит низ копыта об острый камень. Трещина расползается по копыту, двигаясь параллельно слоям кератиновых клеток, используя слабое сцепление между ними. Но из‑ за того, что волокна этих слоев лежат под углом в 55 градусов к трубочкам, трещина скоро меняет курс и начинает двигаться по диагонали, прочь от уязвимой мягкой ткани внутри. Затем она встречает трубочку и сложное переплетение «проводов» вокруг нее. Теперь, продолжая идти по пути наименьшего сопротивления, она постоянно изменяет направление движения, теряя на этом энергию. Пройдя такой энергоемкий лабиринт, трещина настолько замедляется, что может и остановиться.

Но иногда сильные трещины проходят через все копыто. Тогда может отвалиться его кусок. Но и это не приведет к трагедии. Когда лошадь побежит галопом по равнине или по ипподрому, скол стешется и станет ровным. Структура копыта таким образом, кажется, даже использует трещины себе во благо. Как и наши ногти, копыто постоянно растет (у лошади — на сантиметр в месяц), и животному постоянно нужно избавляться от старого кератина. Таким образом, природа превратила то, что могло стать смертельной угрозой, в полезный для здоровья педикюр.